Ураганы, лесные пожары и выбросы загрязнителей нарушают равновесие экологических систем, вводя их в стрессовое состояние, из которого система может выйти измененной. Традиционно считалось, что в такой кризисной ситуации эволюционные модели меняются и межвидовая борьба уступает место борьбе за выживание.
При всей кажущейся логичности это утверждение отнюдь не очевидно и пока не подвергалось детальной проверке. Ученые из Биологической школы Технологического института Джорджии решили провести эксперимент по эволюционной борьбе в пробирке. В лабораторных условиях они имитировали кризисное состояние экологической системы, подвергая микроорганизмы звуковому воздействию разной силы.
Результаты исследования оказались совершенно неожиданными: в стрессовой ситуации межвидовая борьба не ослаблялась.
Итоги эксперимента, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Science, могут заставить экологов серьезно пересмотреть свои взгляды на систему межвидовой конкуренции в стрессовой для экосистемы ситуации.
«Наше исследование показало, что роль межвидовой борьбы в жизни экосистемы при любом уровне внешнего раздражителя остается очень серьезной. Таким образом, экологам стоит уделять больше внимания изучению конкурентных взаимодействий и их последствий для биоценоза, даже переживающего стрессовую ситуацию», – подчеркнул профессор Линь Цзян, руководивший работой.
В качестве модели была выбрана искусственная упрощенная экосистема, имитирующая жизнь простейших одноклеточных эукариот (их клетка, в отличие от бактериальной, содержит оформленное ядро) – протозоа (или протистов) в пресной воде (такую систему называют микрокосм).
«Ключевое преимущество такого микрокосма – это быстрые темпы репродукции его обитателей, позволяющие за короткий срок отследить динамику жизни многих поколений, как в период ожесточенной борьбы, так и в период мирного сосуществования»,
– объяснил Цзян.
Условия жизни сообществ варьировались. Ученые наблюдали, как особи протозоа справляются с внешним раздражителем в отсутствии внутренней конкуренции, межвидовую борьбу в отсутствии раздражителя и, наконец, роль межвидовой борьбы в сообществе под действием внешней угрозы. В качестве модельного раздражителя использовался звук 11 разных уровней – от слабого и незаметного до сильного, ведущего к исчезновению большей части видов.
На первом этапе эксперимента особей разных видов в течение месяца содержали изолированно. В течение этого времени ученые наблюдали, как меняется каждый микрокосм под воздействием раздражителя. На втором этапе микрокосмы объединили, и в течение 10 недель проводились наблюдения развития сообществ в условиях межвидовой борьбы.
Эти два «холостых» эксперимента использовали для обработки данных третьего: в течение месяца сообщество, состоящее из разных видов протозоа, подвергалось раздражающему воздействию. Всего в каждой популяции было представлено по 11 видов, эксперимент велся на 55 микрокосмах в течение 5 месяцев. Эксперимент показал, что часть видов не выдержали испытания и исчезли. Тривиальное объяснение – они не вынесли тяжелых внешних условий существования.
Вот тут и вступают в действие результаты холостых опытов.
Часть погибших видов в холостом эксперименте показали очень высокую устойчивость к самым тяжелым условиям среды, значит, их исчезновение в смешанном микрокосме может быть объяснено только межвидовой борьбой.
Более того, темпы исчезновения видов, связанные с конкуренцией, только росли с ростом уровня опасности внешнего раздражителя. Значит, межвидовая борьба в суровых внешних условиях не только не ослабевает, но и разгорается с большей силой.
Впрочем, полученные результаты, возможно, не стоит огульно распространять на любые биологические сообщества. Системы протистов довольно специфические: в проведенном эксперименте они боролись за одну и ту же пищу, а основное их взаимное влияние состояло в сокращении доступности пищи. Сообщества, не конкурирующие за пищу напрямую, могут вести себя совсем по-другому. Кроме того, рассматривались совершенно изолированные системы, а в природе миграция играет заметную роль в формировании конкурирующих сообществ. Наконец, «катастрофа», предложенная сообществам протистов, была в их масштабах глобальной, а в природе такое встречается редко, более распространены локальные очаги внешней угрозы.
Так или иначе, проведенный эксперимент позволяет по-новому посмотреть на регулирование биологического разнообразия в экосистемах, подвергающихся внешнему воздействию, что актуально для современных экологов, изучающих воздействие человека на природу.